莫伯現(xiàn)， 姚美岑， 李明玉

(延邊大學(xué)地理與海洋科學(xué)學(xué)院，吉林 延吉 133002)

土地為人類提供生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)，是社會賴以發(fā)展的保證[1]。城市是一個由“社會—經(jīng)濟(jì)—自然”組成的多元化復(fù)雜的生態(tài)系統(tǒng)，能夠為城市提供生產(chǎn)、調(diào)控等服務(wù)功能[2]。城市是人們賴以生存的聚集地，是人類現(xiàn)代文明的產(chǎn)物[3]。但在18世紀(jì)中頁以后，飛速的城市化進(jìn)程帶來了諸如土地資源越來越緊張，水土流失，生物多樣性資源受損等生態(tài)環(huán)境問題，而生態(tài)用地的現(xiàn)狀分析與優(yōu)化是解決這一問題的有效方法。生態(tài)用地是指對生態(tài)環(huán)境起到調(diào)節(jié)作用的，能夠維持社會經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)與自然生態(tài)系統(tǒng)平衡的非建筑性土地利用類型[4]。如今，生態(tài)用地在城市化進(jìn)程的作用下迅速減少，但是城市中一定面積的生態(tài)用地是該城市可以持續(xù)發(fā)展的必要條件，為了生態(tài)用地面積不再被建筑用地所取代，生態(tài)用地能更好的為城市發(fā)展提供生態(tài)服務(wù)價值，城市生態(tài)用地的研究更加具有實際意義。對延吉市生態(tài)用地進(jìn)行價值測算及景觀格局分析和評價研究，不僅對城市整體生態(tài)環(huán)境的保護(hù)和改善具有重要意義，而且可以為延吉城市、生態(tài)環(huán)境規(guī)劃建設(shè)提供借鑒作用，同時也能促進(jìn)城市生態(tài)用地建設(shè)中評價方法的發(fā)展。

1 數(shù)據(jù)來源與處理

1.1 數(shù)據(jù)來源

該研究所使用的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)有：1990、2005和2016年P(guān)leiades-1衛(wèi)星影像(0.5 m分辨率)、延吉市土地利用現(xiàn)狀圖、1∶10 000地形圖，另外運(yùn)用自然、人文、經(jīng)濟(jì)等統(tǒng)計年鑒(1991、2006和2017年吉林省、延邊州以及延吉市統(tǒng)計年鑒)，以及其他職能部門提供的現(xiàn)狀圖集，包括自然保護(hù)區(qū)分布圖以及河流水系分布圖等對數(shù)據(jù)進(jìn)行補(bǔ)充。

1.2 數(shù)據(jù)處理

由于多數(shù)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)資料都與地理位置有關(guān)，首先需要進(jìn)行地理坐標(biāo)和數(shù)據(jù)格式的統(tǒng)一。運(yùn)用ERDAS軟件，以地形圖為基準(zhǔn)，對遙感影像進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，再對影像進(jìn)行拼接、校正、裁剪等預(yù)處理，參考田豐昊[5]對延龍圖生態(tài)用地的分類，運(yùn)用eCognition軟件，以1∶10 000地形圖為基準(zhǔn)，采用目視判讀的方式對影像進(jìn)行目視解譯?？紤]到延吉市生態(tài)用地的發(fā)展現(xiàn)狀，為了方便城市生態(tài)用地建設(shè)和管理，該研究以延吉市2009—2030年規(guī)劃中心城區(qū)界線為研究范圍[6]，包括了延吉市區(qū)、郊區(qū)以及朝陽川，將延吉城市生態(tài)用地分為耕地、園地、林地、濕地、綠地、其他生態(tài)用地6大景觀類型。需要對不明確用地類型的地方進(jìn)行實地考察，便于對基礎(chǔ)資料進(jìn)行分類管理以及在評價過程中實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，建立空間數(shù)據(jù)庫，根據(jù)價值當(dāng)量和景觀格局指數(shù)對空間數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)算。

2 研究方法

2.1 土地利用動態(tài)度

土地利用動態(tài)度是評價土地利用類型數(shù)量變化、土地利用程度變化和土地利用變化的區(qū)域差異的指標(biāo)[7]，動態(tài)度越高說明土地變化率越大，土地系統(tǒng)內(nèi)部越不穩(wěn)定。該文采用單一土地利用動態(tài)度對延吉市1990—2016年的生態(tài)用地面積變化及其年變化率進(jìn)行計算，公式如下：

(1)

式中，K表示土地利用動態(tài)度，即時段內(nèi)的土地利用年變化率；Ua和Ub分別表示研究時段的研究初期和研究末期某一土地利用類型的面積；T表示研究時段，即研究末年減去研究初年。

2.2 延吉市生態(tài)用地價值測算

該研究基于謝高地等[8]的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)當(dāng)量因子研究結(jié)果，參考劉海等[9]人的區(qū)域修正方法對延吉市各類生態(tài)用地價值系數(shù)進(jìn)行修正(表1)，其中，建設(shè)用地參考段瑞娟等[10]的方法進(jìn)行修正，參考田豐昊[5]的生態(tài)用地分類，非生態(tài)用地對應(yīng)建設(shè)用地。延吉市生態(tài)用地價值計算公式如下：

表1 不同生態(tài)用地類型的價值系數(shù)

E=∑Ai×Ri

(2)

式中，E表示研究區(qū)的生態(tài)用地價值/元；Ai表示研究區(qū)第i種生態(tài)用地的面積/hm2；Ri表示研究區(qū)第i種生態(tài)用地類型的價值系數(shù)。

2.3 景觀格局指數(shù)計算

運(yùn)用景觀生態(tài)學(xué)原理，選取斑塊破碎度、景觀多樣性指數(shù)與均勻度、斑塊類型等景觀生態(tài)學(xué)指標(biāo)對延吉市圍內(nèi)的城市生態(tài)用地景觀格局分析取得定量數(shù)據(jù)[11-13]。

1)研究區(qū)景觀類型的確定

將延吉市生態(tài)用地分為耕地、園地、林地、濕地、綠地以及其他生態(tài)用地共6大景觀類型[14]。

2)統(tǒng)計景觀要素斑塊的數(shù)量，計算特征值

包括各類景觀要素的斑塊數(shù)量、斑塊面積、斑塊平均面積、最大斑塊面積、所占比例。

3)景觀格局指標(biāo)分析

該文應(yīng)用fragstats3計算分析景觀破碎化指數(shù)、景觀斑塊密度、景觀周長面積比、景觀多樣性指數(shù)、均勻度指數(shù)共5類景觀格局指標(biāo)。

景觀破碎度指數(shù)F(fragmentation)用來描述某種景觀元素或整個景觀的破碎程度。

(3)

景觀斑塊密度P(1andscape path density)是指某一景觀的斑塊密集程度。

(4)

式中，P為景觀斑塊密度；n為景觀中全部斑塊總數(shù)；Pi代表研究區(qū)域中某種景觀斑塊的密集程度；Ni為研究區(qū)域中某一要素景觀斑塊數(shù)；Ai是研究區(qū)域中某一要素的面積。

景觀周長面積比K，即用景觀總周長比上景觀總面積，表明某一斑塊的復(fù)雜程度和相對大小。

(5)

式中,K為景觀周長面積比；Li為研究區(qū)域中第i景觀斑塊的周長，Ai為研究區(qū)域中第i景觀斑塊的面積。

景觀多樣性指數(shù)(H)與均勻度指數(shù)(E)是根據(jù)信息論原理確定的，計算公式為：

(6)

E=(H/Hmax)×100%，Hmax=-log2(1/n)

(7)

式中，i代表某種景觀類型，Pi為其所占的面積比例，n是指研究范圍中景觀要素的個數(shù)。均勻度(E)是研究區(qū)景觀真實多樣性指數(shù)(H)與可能存在最大多樣性指數(shù)(Hmax)的相對比值。

3 結(jié)果與分析

3.1 延吉市生態(tài)用地動態(tài)度變化分析

該研究采用1990、2005和2016年的遙感影像，參考國土資源部2007年頒布的《土地利用現(xiàn)狀分類》(GB/T21010-2007)，結(jié)合延吉市城市生態(tài)用地特征，對研究區(qū)進(jìn)行城市用地分類，并統(tǒng)計各類用地面積情況(表2)。圖1為延吉市各類生態(tài)用地的空間分布圖。

圖1 1990、2005、2016年延吉市生態(tài)用地類型分布

表2 1990—2016年延吉市生態(tài)用地類型面積統(tǒng)計及變化情況

由表2可知，從面積變化情況來看，1990—2016年耕地、林地、水域和園地的用地面積都處于減少的狀態(tài)，水域的變化面積較小，耕地面積減少最多，為644.11 hm2；而綠地、其他生態(tài)用地和非建設(shè)用地面積處于增長的狀態(tài)。從單一土地利用動態(tài)度來看，在面積減少中，1990—2005年耕地、林地、水域的動態(tài)度比2005—2016年的面積動態(tài)度低，園地的年變化率則呈現(xiàn)降低的趨勢；從1990—2005年到2005—2016年，綠地的年增加率有所減少，從每年增加1.08%降到0.76%，其他生態(tài)用地和非生態(tài)用地的年增加率仍在提高，而且提高幅度較大。

3.2 延吉市生態(tài)用地價值變化分析

根據(jù)公式(1)和生態(tài)用地價值系數(shù)表計算得出延吉市生態(tài)用地功能價值表(圖2)。

由圖2可知，延吉市生態(tài)用地總價值從1990年的1 313.70萬元降低2016年的10 722.23萬元，總價值下降了1 591.46萬元，平均每年下降61.21萬元。其中,2005年比1990年下降513.41萬元，年均下降34.23萬元，2016年比2005年下降1 078.06萬元，每年平均下降98.01萬元。

圖2 延吉市生態(tài)用地的生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能總價值

3.3 延吉市景觀格局分析

3.3.1 景觀類型分布現(xiàn)狀

表3是2016年耕地、林地、綠地、濕地、園地、其他生態(tài)用地的面積與斑塊數(shù)的統(tǒng)計，圖3是2016年6種用地類型的分布情況。

表3 2016年6種景觀類型面積與斑塊數(shù)統(tǒng)計表

圖3 2016年延吉市生態(tài)用地類型分布圖

延吉市水域分為天然濕地和人工濕地2大類，其斑塊總數(shù)為39，總面積645.080 37 hm2；天然濕地以布爾哈通河、煙集河、朝陽河為主，其余人工濕地主要分布在天然濕地周圍。在6種景觀中耕地是面積最大的生態(tài)用地類型，其斑塊數(shù)量為217，總面積達(dá)到7 962.78 hm2。

由圖3可以看出,耕地面積非常遼闊，并且主要分散在城區(qū)以外的地區(qū)。園地總斑塊數(shù)為6，總面積為498.97 hm2，其分布較為集中，主要集中在延邊大學(xué)后山。林地斑塊數(shù)為49，面積有828.59 hm2，分布相對分散。其他生態(tài)用地總斑塊數(shù)為65塊，總面積為462.22 hm2，占總面積的3.84%，規(guī)模不大，分布較為分散，但圍繞著城區(qū)。

由表4和圖4可知,綠地總斑塊數(shù)為505塊，總面積為1 638.58 hm2，綠地景觀分為公園綠地、廣場綠地、防護(hù)綠地和庭院綠地4類。其中，庭院綠地的斑塊數(shù)最多，為283塊，面積為418.79 hm2；而公園綠地的面積為1 049.66 hm2，在4種綠地類型里面積最大，分布也較為集中，主要為帽兒山一帶；2塊廣場綠地分別為金達(dá)萊廣場與阿里郎廣場，面積僅為28.38 hm2；庭院綠地分布較為分散，但都分布在市區(qū)，而防護(hù)綠地主要集中在主干道兩側(cè)。

表4 2016年延吉市綠地景觀類型統(tǒng)計數(shù)據(jù)

圖4 2016年延吉市綠地景觀類型分布圖

3.3.2 指數(shù)分析

由表5可以看出，在研究范圍內(nèi)，6大景觀要素除綠地景觀以外其他5種用地類型的破碎度均在10以下，綠地景觀的破碎度達(dá)到155.33，其斑塊密度為0.31，周長面積比為191.89，說明斑塊分布零散；園地的破碎度指數(shù)最小，只有0.06，其斑塊密度以及周長面積比也是最小的，分別為0.01、41.20，周長面積比較小是由于延大后山梨園面積巨大，園地斑塊分布相對集中?？梢园l(fā)現(xiàn)破碎度指數(shù)，斑塊密度與周長面積大小的排列在6種景觀要素中排列一致，即破碎度指數(shù)大的，斑塊密度和周長面積比也相應(yīng)比較大。這3個景觀指數(shù)反映了人類活動對景觀類型的影響，影響程度由大到小排列的次序為：園地<耕地<林地<濕地<其他生態(tài)用地<綠地。

表5 2016年延吉市景觀格局指數(shù)統(tǒng)計表

由表5可以明顯看出，延吉市的景觀多樣性為1.65，均勻度達(dá)到3.71，但是其最大景觀多樣性指數(shù)9.78，1.65遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于9.78，表明延吉市生態(tài)用地景觀類型的多樣性和均勻度不高，各景觀要素所占比例相對也不太均勻?？傮w來說：

1)該研究將延吉市劃分為濕地、耕地、林地、園地、綠地、其他生態(tài)用地共6種生態(tài)用地類型，2016年的斑塊數(shù)分別為39、217、49、6、505和65塊。

2)2016年延吉市生態(tài)用地總面積為12 036.21 hm2，濕地5.4%，耕地66.2%，林地6.9%，園地4.2%，綠地13.2%，雖然耕地所占比重較大，但是對生態(tài)產(chǎn)生積極影響的林地和濕地景觀類型比重較低，結(jié)構(gòu)分布還需合理規(guī)劃

3)其他生態(tài)用地面積為462.22 hm2，僅占延吉市面積的3.84%，分布較為分散，對規(guī)劃管理造成了一定難度。

4)破碎度指數(shù)、周長面積比、斑塊密度這3項景觀指標(biāo)反映了人類對景觀破碎程度的影響，其程度由小到大的排列次序為：園地<耕地<林地<濕地<其他生態(tài)用地<綠地。保護(hù)現(xiàn)有生態(tài)用地，減少人類的影響，有利于優(yōu)化延吉市的景觀格局，如何提高其生態(tài)功能，也是有關(guān)學(xué)者今后研究的重點(diǎn)，也是實現(xiàn)延吉市可持續(xù)發(fā)展的有效手段。

4 生態(tài)用地優(yōu)化對策

科學(xué)規(guī)劃城市景觀環(huán)境，統(tǒng)籌考慮整體布局，可以最大化地發(fā)揮現(xiàn)有環(huán)境資源的功能與效益[15]，優(yōu)化城市生態(tài)用地對策，使城市與生態(tài)景觀共同走上良性發(fā)展的軌道，實現(xiàn)城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)與可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)。

4.1 基于生態(tài)用地價值測算的延吉市生態(tài)用地宏觀優(yōu)化策略

從分析結(jié)果來看，1990—2016年，延吉市城市生態(tài)用地價值基本呈逐步下降的趨勢，1990—2005年，下降較為緩慢，這與生態(tài)用地轉(zhuǎn)換為非生態(tài)用地、林地和耕地面積減少緩慢相關(guān)，相反，2005—2016年，生態(tài)用地價值減少較快，因為盡管林地的面積變化不大，但是單位面積生態(tài)用地價值系數(shù)大，耕地價值系數(shù)較小，面積變化卻較大，而建設(shè)用地的價值系數(shù)呈現(xiàn)負(fù)值，即生態(tài)用地轉(zhuǎn)換為非生態(tài)用地，生態(tài)用地價值即為減少的狀態(tài)。所以，在宏觀優(yōu)化上，從生態(tài)用地價值的角度來看，增加城市綠地、園地和其他生態(tài)用地的面積，加強(qiáng)對濕地和林地的保護(hù)，合理降低林地和耕地面積的變化率，有利于提高延吉市生態(tài)用地的水平。

4.2 基于景觀生態(tài)學(xué)的延吉市生態(tài)用地微觀優(yōu)化策略

1)城市綠地建設(shè)。綠地景觀建設(shè)是城市生態(tài)用地景觀建設(shè)的關(guān)鍵和基礎(chǔ)，加強(qiáng)綠地景觀建設(shè)有利于提高景觀異質(zhì)性，維持城市景觀生態(tài)平衡，創(chuàng)造可持續(xù)的城市人居環(huán)境。首先，增加綠地斑塊數(shù)量和種類。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，公園綠地、道路、建筑物在城市綠地中應(yīng)分別占80%以上、10%～12%和3%。為了進(jìn)一步提高公園綠地覆蓋率，在保護(hù)現(xiàn)有公園綠地的同時重視大型斑塊的生態(tài)作用。其次，布局綠地斑塊要合理，綠地景觀格局從分散到聯(lián)系，最終達(dá)到融合，讓格局呈現(xiàn)出逐步走向網(wǎng)絡(luò)連接、城郊融合。相對于其他因素來說，居住和交通因素是影響城市建設(shè)和發(fā)展的因素之一。將城市居民對城市綠地的需求與交通方式連接起來，以此對延吉市城市綠地建設(shè)和空間布局做出科學(xué)合理的規(guī)劃[16]，盡可能多在市中心建綠地和廣場，提高城區(qū)綠化水準(zhǔn)，平衡城區(qū)綠地分布，提高人民居住環(huán)境品質(zhì)。在城市建設(shè)中，注重提高城市用地利用效率，尤其是進(jìn)一步提高居住用地的集約節(jié)約利用程度，實現(xiàn)城市用地的可持續(xù)發(fā)展[17]。

2)連續(xù)綠色空間建設(shè)。根據(jù)對不同景觀破碎度的指數(shù)分析，在研究范圍內(nèi)，建設(shè)的重點(diǎn)應(yīng)放在主干廊道的布局上，需要不斷完善其廊道寬度、喬灌草結(jié)合度、及其連通性等，并分別將公園、廣場、庭院和防護(hù)綠地景觀通過綠色廊道相連接，將其整體的生態(tài)效益發(fā)揮出來；可以籌劃在社區(qū)構(gòu)建無機(jī)動車行駛的綠色通道，先從一個普通社區(qū)開始規(guī)劃并建設(shè)景觀車道，建設(shè)遠(yuǎn)離車輛行駛的既安靜又安全舒適的綠色道路，將景區(qū)與居住區(qū)、商業(yè)步行街、休閑娛樂健身場所等連接起來，不僅方便了人們的工作與衣食住行，又會使城市變得更加整潔安全，生態(tài)環(huán)境更好[18]。

3)依照生態(tài)的科學(xué)原理，增加城市綠地所綠化的空間所占比例[19]。應(yīng)該要糾正以草代木的不合理作法，主要種植樹木，在樹木的間隙種植灌木和花草打造復(fù)合型的植物生態(tài)群落。多多種樹，將綠色與自然帶進(jìn)城市。在選擇樹種和設(shè)計種植方案上要考慮到，不同植物有不同的生長形態(tài)，構(gòu)建包含喬、灌、草、藤在內(nèi)的多維度的復(fù)合群落，科學(xué)種植植物群落，充分利用資源，如太陽能量、水源、土壤等。

4)提高公民生態(tài)意識，營造環(huán)境保護(hù)氛圍。公民意識在城市生態(tài)環(huán)境保護(hù)中起到不可小覷的作用，這是個過程，只有起點(diǎn)沒有終點(diǎn)。公民參與城市規(guī)劃，不僅體現(xiàn)了社會公平，而且提高了政府決策的質(zhì)量，減少了規(guī)劃實施的后續(xù)成本[20]。根據(jù)有關(guān)部門調(diào)查，大多數(shù)居民認(rèn)為城市綠化和保護(hù)是政府部門的事，導(dǎo)致城市中的主體人群對城市綠化重視不夠，因此政府部門對城市綠化和保護(hù)政策和實施計劃的完善顯得尤為重要[21]。首先，政府應(yīng)該開展各項活動，提高公民保護(hù)環(huán)境的意識；其次，公民應(yīng)該從我做起，從居所旁邊的綠地做起，才能達(dá)到預(yù)期目標(biāo)；在此，生態(tài)環(huán)境保護(hù)的工作不是一天就能結(jié)束的，城市應(yīng)該對生態(tài)環(huán)境的發(fā)展做出一個預(yù)期的目標(biāo)，實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)、社會的可持續(xù)發(fā)展。

5 結(jié)論

該研究以延吉市為例，運(yùn)用生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能價值和景觀格局指數(shù)理論和方法分析了研究區(qū)域的城市生態(tài)用地建設(shè)現(xiàn)狀，得出以下結(jié)論。

1)1990—2016年，耕地、林地、水域和園地的用地面積都處于減少的狀態(tài)，綠地、其他生態(tài)用地和非建設(shè)用地面積處于增長的狀態(tài)；延吉市生態(tài)用地總價值從1990年的12 313.70萬元降到2016年的10 722.23萬元；1990—2005年下降較為緩慢，這與生態(tài)用地轉(zhuǎn)換為非生態(tài)用地、林地和耕地面積減少緩慢相關(guān)，相反，2005—2016年的生態(tài)用地價值減少較快。

2)根據(jù)前人專家學(xué)者的總結(jié)歸納，結(jié)合延吉市生態(tài)用地的特點(diǎn)，將各類型生態(tài)用地劃分為6個景觀類型：耕地、林地、濕地、園地、綠地、其他生態(tài)用地。6景觀類型相對應(yīng)的斑塊數(shù)分別為39、217、49、6、505和65塊，6種景觀類型相對應(yīng)的面積分別為7 962.78，828.588 381，645.08，498.97，1 638.58和462.22 hm2，總面積為12 036.21 hm2。其中，耕地所占比例最大，為66.16%，其他生態(tài)用地所占比例最小，僅為3.84%，并且其他生態(tài)用地分布不集中，不易于利用和規(guī)劃。

3)通過景觀格局指數(shù)分析得出，在研究區(qū)域范圍內(nèi)6個景觀類型破碎程度由低到高依次是園地<耕地<林地<濕地<其他生態(tài)用地<綠地，由排序可以看出綠地破碎程度高，人類活動對其影響最大。綠地對生態(tài)環(huán)境的健康發(fā)展意義重大，研究區(qū)域生態(tài)用地布局不合理，因此，優(yōu)化生態(tài)用地景觀格局的任務(wù)迫在眉睫。

4)通過對延吉市生態(tài)用地景觀格局現(xiàn)狀的分析，對所存在的問題提出了4個優(yōu)化對策：加強(qiáng)綠地景觀建設(shè)；創(chuàng)建連續(xù)綠地空間；依照生態(tài)的科學(xué)原理，增加城市綠地所綠化的空間所占比例；提高公民保護(hù)環(huán)境意識。